节省设计集成射频模块共存时的
时间和空间
白皮书
随着智能电源等技术的出现以及便携式设备市场的快
速增长（例如平板电脑），便携式无线数据通讯的应
用领域也在不断增加。然而，为了在这些应用领域中
获得成功，必须将多种高性能、低噪声的射频通道设
计在尽可能小的空间内。相对于分立元件设计，通过
采用集成射频模块，设计师可以更加快速和高效地实
现这种高级共存。
无线应用正逐步成为顾客和各类商业数据通信的首
选。WiFi 网络能覆盖整个家庭，支持诸如个人电脑、
平板电脑、智能手机、游戏设备、甚至电视机等设
备。公共 WiFi“热点”也无处不在，用于网上冲浪、
发送消息，以及为蜂窝网流量创造离线家庭基站。
除了 Wi Fi 之外 ，还 有很 多其 他无 线数 据链 路得 到
应用，其中包括蓝牙耳机、家庭自动网络 ZigBee、
WiMAX、无线宽带 LTE 以及蜂窝电话。此外，交通运输
和公共事业行业也正在努力将这些网络技术用在智能
电网和交通管理等应用领域。同样，其他行业也尝试
在机器对机器通信方面应用无线网络，以便将生产和
贸易中的各种不同因素自动化。
这种不断增长的对于无线数据通信的依赖，给设备开
发商带来了双重负担。首先，他们的设计必须提供非
常高质量的发射和接收通道。发射通道必须满足严格
的功率、频谱和线性标准，具有精确的带宽过滤性
能，同时还要避免放大器失真以及由阻抗失配而导致
的反射。接收通道必须有效避免信号丢失，并且在处
理极其微弱的接收信号强度时必须排除尽可能多的噪
声，以便使数据传输率最大化。
在面临这些射频设计问题的同时，开发商还必须处理
通道共存的难题。很多系统需要的不只是一个无线链
路，而是两个或更多链路，而且每个链路都应符合
不同的标准。例如，一台笔记本电脑的设计可能包含
WiFi 和 WiMAX 这两者的互联。一部智能手机可能包括
蓝牙 WiFi、GSM、3G 和 LTE 技术。此类便携式系统还
要求不同通道的射频设计尽量紧凑，并且不同的通道
在电路板上通常互相交织。
这些必须在同一设计中共存的不同无线链路，通常在
狭窄的空间内利用相同位置、甚至共享的天线运行。
这种物理和频谱上的邻近对接收滤波器提出了严格的
要求。例如，WiFi 设计可能需要在 2.4 到 2.5GHz 的范
围内运行，同时还要拒绝邻近的以 2.1GHz 运行的 3G
发射器。这样狭窄的频率间距要求滤波器具有极高的
滚降幅度。
然 而 开发 商 拥有 一 个 “ 支 持 者 ” ， 能 帮 助 他 们 满
足 这 些 多 重 设 计 负 担 中 的 大 量 挑 战 ： 来 自 Avago
Technologies RF 的共存集成前端模块 (FEM)。这些集成
模块能提供带有串联滤波器的独立发射和接收路径以
及带有信号开关（用于共享天线连接）的放大器。利
用集成模块而不是分立元件设计，使得开发商在很大
程度上减轻了设计工作量和成本，同时创造了高精度
和高效的射频子系统。与此同时，和分立器件设计相
比，集成模块还节省了电路板空间（图 1）。
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Avago 的集成前端模块通过许多关键设计特点实现了
这些优势。首先，集成模块给开发商提供了一个精心
设计和优化的布局和元件配置。Avago 精心设计的模
块给所有信号路径提供了匹配的 50
Ω
阻抗和统一的相
位延迟。模块中的所有主动和分立的元器件都经过精
心匹配，而且这种设计已证明能在整个射频路径上提
供最佳运行特性。
集成模块利用 Avago 技术的专利技术实现了这些杰出
性能。嵌入式低噪音放大器的构造利用了 Avago GaAs
增强型高电子迁移率晶体管 (pHEMT) 加工技术，在
通道频宽内提供平坦增益，满足了严格的正交调幅
(QAM) 要求。Avago 独特的 FBAR（薄膜腔声谐振器）
滤波器所达到的高频率滚降幅度能够提供较高的带外
数据抑制能力。FBAR 滤波器的低插入消耗能保证最大
限度的接收信号强度和最低限度的发射功率损耗，从
而有助于最大限度地延长便携设备的电池寿命。
集成前端模块的另一个关键特点是，所有部件都被压
缩在一个紧凑的密封包装内（图 2）。所有的关键设计
和布局工作均已完成，不需要进行协调或微调。在布
局射频子系统的前端时，设计者仅需要对信号组件的
一些连接进行处理，这就大大减少了设计时间。集成
的屏蔽通过降低 EMI 进一步简化了系统设计工作，同
时，模块的小尺寸也减少了射频子系统对电路板空间
的要求。
集成前端模块不仅能帮助设计人员免去前端射频的设
计工作，还有助于加速其它研发阶段。由于模块已经
过完整装配、优化并测试，也就不再需要进行前端模
块设计验证。在随后的开发工作中，这些特征还减少
了用于控制和测试最终设计是否符合标准的时间和精
力。开发过程中所节省的时间可以使产品更快地投放
市场，同时也降低了开发成本。
集成前端模块也有助于降低生产成本。单一的前端模
块代替了生产材料清单中 (BOM) 的许多分立元器件，
降低了 BOM 管理和库存管理的成本。由于对前端模块
进行
了预测试，相对于使用分立元器件设计的产品来
说，设计的 RF 部分也具有更高的成品率。
通过仔细检查模块的性能，能够更好地理解 Avago 集
成前端模块为需要无线共存的设计所带来的好处。
AFEM-S257 WiMAX 共存前端模块就是一个很好的例
证。在同时具有 WiFi 和其它邻近射频通道的情况下，
此模块支持 16QAM WiMAX 的接收和发射，并且提供双
接收通道，用于接收两个同步信号或支持分集接收。
图 1. 利用 Avago 集成前端模块能够将复杂的分立射频设计简化为一个单一部件，从而达到节省电路板空间、减少设计工作以及
降低成本的目的。
图 2.
放大器、开关以及滤波器被压缩在一个封装内，设计简单。
3
图 3. AEFM-237 是一个完整的 WiMAX 共存前端模块，带有 2.5 到 2.7GHz 频率范围的双接收通道。
S257 模块集成了线性功率发射放大器、带有预选 FBAR
滤波器的低噪声接收放大器、带通滤波器，以及所
有射频端口均为 50
Ω
的射频开关（图 3）。此设计非
常适用于对在 2.5 到 2.7GHz 频带（电源电压为 3 到
5VDC）运行的 WiMAX 进行优化。由于采用了 GaAs
pHEMT 工艺技术，S257 模块中的所有放大器对电源电
压和温度变化都有独特的容差。
模块的发射放大器有一个可选增益，允许在低功率模
式下运行来降低模块对电池电源的消耗。在低功率
模式下，放大器实现 0dBm 的天线输出，同时模块对
3.6V 电源的消耗通常为 95mA。放大器的增益步长为
23dB，因此，在高功率模式下，放大器能产生 24dBm
增益步长，同时模块消耗 420mA。发射放大器总增益
在高功率模式下为 34dB。
在任意 10MHz 频带范围内，发射放大器的典型增益平
稳度是 1dB，在整个电源电压范围内的增益变化不会
超过 1dB。这使得发射通道完全满足 WiMAX QAM 遮罩
性能规格，在高功率模式下的典型误差矢量幅度 (EVM)
为 -34dB (2.5%)。
集成模块中的高性能、低噪音放大器能够提供 15dB 的
增益，从天线输入到接受路径输出过程中通常会产生
10dB 的总增益。在存在强输入信号的情况下，接收放
大器可从旁路疏通，将每个接收器的电流消耗从 10mA
减少到 0.25µA，如果接收强信号，则可以从旁路疏
通。即使放大器忙碌，该模块在天线输入和它的接收
通道输出之间也能显示出最高 3.5dB 的噪声系数。
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Avago、Avago Technologies 和 A 徽标是 Avago Technologies 在美国和其他国家的商标。
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AV02-3039SC - 2011 年 6 月 28 日
为了支持多通道共存，开关和滤波器为不同信号路径
和运行频段之间提供了坚固的隔离。 两个接收通道之
间以及接收通道和发射通道之间的隔离为 25dB，以避
免信号路径的交叉连接。FBAR 带通滤波器在传送和接
收路径上（表 1）具有高带外数据抑制能力，在 WiFi
ISM 频带上至少能提供 35dB 的抑制能力。
表 1. FBAR 滤波器的高频率滚降幅度特征能够非常
好地抑制邻近发射器的带外数据。
频带
发射路径
带外数据抑制
(dBc)
接收路径
带外数据抑制
(dBc)
698-720 MHz
80 70
800-915 MHz
70 70
1574-1576 MHz
50 35
1805-1880 MHz
40 30
1930- 1990 MHz
30 30
2110- 2170 MHz
10 35
2400- 2468 MHz
35 30
2451- 2473 MHz
25 30
3300- 3800 MHz
30 30
5000-5380 MHz
60 -
>7200 MHz
60 -
整个高性能射频前端封装采用紧凑的 5x7x1 毫米封
装，相对分立元器件设计，节省了至少 25% 电路板空
间。发射和接收端口位于模块的同一侧，天线连接位
于另一侧以方便信号通路，信号线之间的接地垫用于
屏蔽。
对于要求频率邻近的多射频通道共存的设计来说，创造
这样一个高性能的前端模块是一个非常大的挑战，甚至
对那些经验最丰富的射频设计工程师们也是如此。对于
那些创造了多重无线移动设备的开发商来说，Avago 的
集成前端模块能够帮助他们避开这些难题。通过利用集
成前端模块，开发商能够以更少的花费和更快的速度将
具有紧凑结构和先进性能的设备投入市场。
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